温湿度采集与监控系统软件设计

陈维　尚玉廷

摘要：该文介绍了一种基于AT89S52单片机与PC机串口通信的温湿度控制系统，用单片机作下位机完成温湿度数据的采集和执行PC机发出的控制执行命令；把PC机当成上位机用来收取单片机传出的数据，立即处理好这些数据，传出控制指令给单片机，LCD1602同步显示温湿度值的变化情况。本设计充分利用PC机组态王V6.55软件强大的数据处理功能和友好的人机界面，对温度进行实时显示。

关键词：AT89S52单片机；组态王；串行通信； DHT21；数据采集以及处理

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）36-8799-03

1 课题的研究目的和意义

温、湿度是人们日常生活中接触最多的两个物理量，人们的日常生活和人们活动的周围环境的温湿度息息相关，在一些特殊场地温湿度时常变化很大，并且不容易人工实时的检测，用户也不知道何时是适合人类进入，如果运用温、湿度检测与控制技术，可以避免不必要的损失，温、湿度检测与控制技术被广泛应用于人们的日常生产和生活当中，传感器无疑是测量与控制系统中重要的组成部分[1]。但是伴随传感器而来的是大量的数据线缆。对于不常用的传感器，很难搭接线缆。为此，创造一种简便的无线通信技术，用来解决线缆搭接过于复杂的问题，必须尽早实现。随着现代科技的发展，数字设备逐渐变成测控系统中的重点。本课题将传感器技术和无线通信技术相结合，单片机与上位机软件经过串口通信，实时监测温湿度值得变化，争取用无线系统来解决线缆带来的负面问题

2 系统总体设计

本章介绍了这次设计需要完成的几个重要任务，对需要完成的内容进行了解分析，并一起介绍了一些的重要元器件。

2.1设计过程及其工艺要求设计

一个以单片机和上位机软件组态王为核心的温湿度控制系统，需要实现的功能为：

①能够准确的显示当前的温度以及湿度。温度检测的范围0℃-60℃，测温精度：±2℃；湿度检测范围20%-100%RH， 测湿精度：±5%RH。

②下位机系统的显示方式均为四位显示，采用LCD显示。

③传感器采集温湿度，然后通过电脑进行显示，并做数据处理。

2.2设计总体方案

本设计要实现的功能是：单片机进行控制，LCD1602实时显示当前环境的温湿度，单片机与上位机之间通过MAX232串口进行通信，用组态王V6.55对测试点温湿度采集，实时显示，数据处理。

1） 温度监控：对温室温度进行测量和控制并反映在显示器上。

2） 显示：LCD1602随时显示采集到的温湿度数据值。组态王V6.55同步显示温湿度值。

3） 湿度监控：对温室湿度进行测量和控制反映在显示器上。

按照之前设置好的功能，有四个重要的模块：

1） 组态王V6.55显示模块

2） 下位机显示模块

3） 数据处理模块

4） 温湿度采集模块

根据系统必备的功能需求，本系统的原理图如图1所示：

图1 温湿度监控系统原理图

主要的控制器就是单片机，它的主要任务是处理传感器传送过来的数据，然后将数据传到显示器模块，传感器主要用来收集参数，然后把所收集到的数据传到单片机，按键电路可以实现复位。组态王V6.5主要用来在上位机上实时显示当前采集到的温湿度[2]。

3 软件设计

3.1单片机系统流程图

根据温湿度监控系统功能，单片机软件设计如图2所示。

3.2上位机软件设计

3.2.1新建工程

在Windows操作系统的“开始”菜单中，执行“程序”à“组态王6.55”à“组态王6.55”命令，打开“组态王工程管理器”窗口， 双击这个信息条或单击“开发”按键或选，打开“工程浏览器”，进入组态王的开发系统，如图3所示。

图3 工程浏览器

3.2.2设计画面

第1步：如图4所示。

图4 “新画面”对话框

图5 组态王画面开发系统

第2步：在“画面名称”处输入新的画面名称，其它属性目前不用更改。点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统，如图5所示。

第3步：组态如图6所示的画面。

第4步：选择“文件/全部存”命令保存现有画面。

3.2.3 定义IO设备

第1步：如图7所示。

图7 “设备配置向导”对话框

图8 “设备配置向导”对话框

第2步：单击“下一步”，为外部设备取一个名称：“MCU”，如图8示。

第3步：单击“下一步”，为设备选择连接串口，假设为COM2，如图9所示。

图9 “设备配置向导”对话框

图10 “设备配置向导”对话框

第4步：单击“下一步”，填写设备地址为15.0，如图10所示。

第5步：如图11所示。

图11 “设备配置向导”对话框

图12 “设备配置向导”对话框

第6步：单击“下一步”，检查各项设置是否正确，如图12所示。确认无误后，单击“完成”。

3.2.4构造数据库

数据库是组态王的最重要部分，生产现场的状况是以动画的方式显示在屏幕上，用户用电脑发出的指令也要立即传到工业现场，这些都依靠实时数据库当作中介部分，变量在组态王画面开发系统中被定义，同时要指定变量类型和变量名称，一些特殊类型的变量还要附加一些信息，我们把数据库中变量的集合叫做“数据词典”，它保存了所有用户需要用到的变量的全部信息。

第1步：如图13所示。

图13 “定义变量”对话框

第2步：在“变量名”处输入变量名，如“采集值”。

按照上述方法继续定义两个内存变量，变量名为“湿度值”，“温度值”，变量类型为内存实数，在“连接设备”中选出先前早已定义好的IO设备“MCU”，在“寄存器”中定义为X100，在“数据类型”中定义为USHORT类型，单击“确定”即可。

同样的方法继续定义四个内存离散量，变量名为“湿度上限值”， “湿度下限值”， “温度上限值”， “温度下限值”，变量类型为内存离散，初始值为“关”，点击“确定”。

3.2.5组建动画连接

第1步：如图14所示。

图14 弹出菜单

图15 填充连接”对话框

第2步：单击“模拟量输出”按钮，在“表达式”处输入“湿度值”， “输出格式”处整数位数为“2”，小数位数为“0”，“显示格式”为“十进制”，如图15所示。

第3步：点击“确定”按键，返回到“动画连接”对话框，点击“确定”按键，回到组态王开发系统。

同样的方法对其它画面对象建立动画连接。

第4步：选择“文件＼全部存”菜单命令，保存设置。

第5步：如图16所示。单击“确认”按钮，完成程序编写。

图16 “应用程序命令语言”对

参考文献：

[1] 赵继文.传感器与应用电路设计[M].科学出版社，2002.

[2] 高晓蓉.传感器技术[M].西安交通大学出版社，2003.

[3] 潘永雄.电子线路CAD实用教程[M].西安电子科技大学出版社，2004.

[4] 施保华.计算机控制技术[M].华中科技大学出版社，2007.

[5] 李长林.Visual Basic串口通讯与典型实例[M].清华大学出版社，2006.

[6] 周建新，马潮，耿德振.AVR单片机BASIC语言编程开发[M].清华大学出版社，2005.

第2步：单击“下一步”，为外部设备取一个名称：“MCU”，如图8示。

第3步：单击“下一步”，为设备选择连接串口，假设为COM2，如图9所示。

图9 “设备配置向导”对话框

图10 “设备配置向导”对话框

第4步：单击“下一步”，填写设备地址为15.0，如图10所示。

第5步：如图11所示。

图11 “设备配置向导”对话框

图12 “设备配置向导”对话框

第6步：单击“下一步”，检查各项设置是否正确，如图12所示。确认无误后，单击“完成”。

3.2.4构造数据库

数据库是组态王的最重要部分，生产现场的状况是以动画的方式显示在屏幕上，用户用电脑发出的指令也要立即传到工业现场，这些都依靠实时数据库当作中介部分，变量在组态王画面开发系统中被定义，同时要指定变量类型和变量名称，一些特殊类型的变量还要附加一些信息，我们把数据库中变量的集合叫做“数据词典”，它保存了所有用户需要用到的变量的全部信息。

第1步：如图13所示。

图13 “定义变量”对话框

第2步：在“变量名”处输入变量名，如“采集值”。

按照上述方法继续定义两个内存变量，变量名为“湿度值”，“温度值”，变量类型为内存实数，在“连接设备”中选出先前早已定义好的IO设备“MCU”，在“寄存器”中定义为X100，在“数据类型”中定义为USHORT类型，单击“确定”即可。

同样的方法继续定义四个内存离散量，变量名为“湿度上限值”， “湿度下限值”， “温度上限值”， “温度下限值”，变量类型为内存离散，初始值为“关”，点击“确定”。

3.2.5组建动画连接

第1步：如图14所示。

图14 弹出菜单

图15 填充连接”对话框

第2步：单击“模拟量输出”按钮，在“表达式”处输入“湿度值”， “输出格式”处整数位数为“2”，小数位数为“0”，“显示格式”为“十进制”，如图15所示。

第3步：点击“确定”按键，返回到“动画连接”对话框，点击“确定”按键，回到组态王开发系统。

同样的方法对其它画面对象建立动画连接。

第4步：选择“文件＼全部存”菜单命令，保存设置。

第5步：如图16所示。单击“确认”按钮，完成程序编写。

图16 “应用程序命令语言”对

参考文献：

[1] 赵继文.传感器与应用电路设计[M].科学出版社，2002.

[2] 高晓蓉.传感器技术[M].西安交通大学出版社，2003.

[3] 潘永雄.电子线路CAD实用教程[M].西安电子科技大学出版社，2004.

[4] 施保华.计算机控制技术[M].华中科技大学出版社，2007.

[5] 李长林.Visual Basic串口通讯与典型实例[M].清华大学出版社，2006.

[6] 周建新，马潮，耿德振.AVR单片机BASIC语言编程开发[M].清华大学出版社，2005.

第2步：单击“下一步”，为外部设备取一个名称：“MCU”，如图8示。

第3步：单击“下一步”，为设备选择连接串口，假设为COM2，如图9所示。

图9 “设备配置向导”对话框

图10 “设备配置向导”对话框

第4步：单击“下一步”，填写设备地址为15.0，如图10所示。

第5步：如图11所示。

图11 “设备配置向导”对话框

图12 “设备配置向导”对话框

第6步：单击“下一步”，检查各项设置是否正确，如图12所示。确认无误后，单击“完成”。

3.2.4构造数据库

数据库是组态王的最重要部分，生产现场的状况是以动画的方式显示在屏幕上，用户用电脑发出的指令也要立即传到工业现场，这些都依靠实时数据库当作中介部分，变量在组态王画面开发系统中被定义，同时要指定变量类型和变量名称，一些特殊类型的变量还要附加一些信息，我们把数据库中变量的集合叫做“数据词典”，它保存了所有用户需要用到的变量的全部信息。

第1步：如图13所示。

图13 “定义变量”对话框

第2步：在“变量名”处输入变量名，如“采集值”。

按照上述方法继续定义两个内存变量，变量名为“湿度值”，“温度值”，变量类型为内存实数，在“连接设备”中选出先前早已定义好的IO设备“MCU”，在“寄存器”中定义为X100，在“数据类型”中定义为USHORT类型，单击“确定”即可。

同样的方法继续定义四个内存离散量，变量名为“湿度上限值”， “湿度下限值”， “温度上限值”， “温度下限值”，变量类型为内存离散，初始值为“关”，点击“确定”。

3.2.5组建动画连接

第1步：如图14所示。

图14 弹出菜单

图15 填充连接”对话框

第2步：单击“模拟量输出”按钮，在“表达式”处输入“湿度值”， “输出格式”处整数位数为“2”，小数位数为“0”，“显示格式”为“十进制”，如图15所示。

第3步：点击“确定”按键，返回到“动画连接”对话框，点击“确定”按键，回到组态王开发系统。

同样的方法对其它画面对象建立动画连接。

第4步：选择“文件＼全部存”菜单命令，保存设置。

第5步：如图16所示。单击“确认”按钮，完成程序编写。

图16 “应用程序命令语言”对

参考文献：

[1] 赵继文.传感器与应用电路设计[M].科学出版社，2002.

[2] 高晓蓉.传感器技术[M].西安交通大学出版社，2003.

[3] 潘永雄.电子线路CAD实用教程[M].西安电子科技大学出版社，2004.

[4] 施保华.计算机控制技术[M].华中科技大学出版社，2007.

[5] 李长林.Visual Basic串口通讯与典型实例[M].清华大学出版社，2006.

[6] 周建新，马潮，耿德振.AVR单片机BASIC语言编程开发[M].清华大学出版社，2005.